PROCESO DE DISEÑO DE COMPONENTES MECÁNICOS DE TURBINAS HIDRÁULICA

Juan Borrajo Martín Chimenti Darío Guardati juan.borrajo@impsa.com martin.chimenti@impsa.com dario.guardati@impsa.com

IMPSA HYDRO – Mendoza, ARGENTINA

Introducción .

- Recursos Humanos

- Equipamiento

- Conocimiento

Materia Prima - Chapa

- Forjados

- Fundidos

- Material de aporte

- …

Pieza Terminada - Rodete

- Cámara espiral

- Distribuidor

- …

Transformación Tecnológica

Puesta en Valor

Diseño

Rodete Pelton

P = 105MW Disco forjado D=3100mm

H=680mm

Fases de un Proyecto .

Ensayos+Montaje en Taller

Diseño mecánico Diseño estructural

• Datos del sitio: caídas netas, potencia y caudales.

• Especificaciones Técnicas: Eficiencias, Cavitación, otras.

Diseño Básico

Diseño Hidráulico

CAD+FEA+CFD+ensayos

CAM

Fabricación

Transporte a Obra

• Selección: tipo de máquina, velocidad de rotación, dimensiones principales, zona de operación.

Diseño Hidráulico .

Selección de la hidráulica con foco en rendimiento, prestaciones, economía e impacto ambiental.

Diseño de perfiles y pasajes hidráulicos.

Definido por especialistas y perfeccionado por simulación numérica de dinámica de fluidos CFD.

Programas propios y comerciales.

Diseño Hidráulico .

Ensayo físico en laboratorio del modelo a escala reducida.

Estudios e información de diseño complementaria.

Medición de las performances da turbina.

Diseño Mecánico .

Identificación de solicitaciones y estados normales, ocasionales y excepcionales

Aplicación de normativas internacionales, ASME, Eurocódigo, ISO, especificaciones técnicas particulares del contrato.

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADOR (CAD)

SIMULACIÓN NUMÉRICA POR ELEMENTOS FINITOS (FEM)

Dimensionamiento de los componentes

Garantía de márgenes de seguridad (términos generales)

Diseño Mecánico .

INGENIERÍA BÁSICA

- Lineamientos generales

- Grupos de fabricación

- Distribución de equipamiento

- CAD 2D

- Cálculos analíticos

- Globales de materia prima

- ET de compras material crítico

Diseño Mecánico .

INGENIERÍA DE DETALLE

- Diseño optimizado

- Cálculos numérica detallados por elementos finitos FEM

- CAD 3D

- Modelos de Conjunto

- Diseño Paramétrico

- Planos de fabricación

- Listas de materiales

- ET para compras

Diseño Mecánico .

Tecnología propia de cálculo

Programas comerciales de cálculo FEM

Diseño Mecánico .

1) Básicos: piezas no críticas con bajas solicitaciones, estados estacionarios.

Estudios: estáticos, lineal elásticos.

Objetivos: tensiones y deformaciones.

Diseño Mecánico .

2) Avanzados: piezas críticas con solicitaciones variables severas, transitorios, interacción entre conjunto de piezas.

Estudios: estáticos avanzados , dinámicos, fatiga y fractura.

Objetivos: tensiones estáticas y dinámicas, deformaciones, frecuencias y modos de vibrar, vida útil.

Diseño Mecánico .

3) Particulares: interacción fluido-estructura, interacción máquina-obra civil, circuito hidráulico, térmico-mecánico

Estudios: estáticos avanzados multifísicos

Diseño Mecánico .

OTROS ASPECTOS IMPORTANTES

• Selección de materiales

• Proceso de fabricación

• Transporte

• Montaje

• Gestión de documentación

Diseño Mecánico .

RESULTADO FINAL

Ingeniería completa de fabricación, especificaciones técnicas para compra de materias primas, planos 2D junto con listas de materiales para la fabricación.

Base de datos 3D para programación.

Diseño Mecánico .

CAPITALIZACIÓN DEL CONOCIMIENTO

Conocimiento adquirido durante el desarrollo de la ingeniería y proyectos I+D en línea volcado en manuales de diseño:

- Guías - Procedimientos

- Criterios - Buenas prácticas

- Rutinas de cálculo - Planos típicos

- Aspectos de seguridad y competitividad de diseño.

Fabricación y Ensayos en Taller .

Intervienen especialistas en procesos y programadores CAM.

Conviven tecnologías automáticas (mecanizado, trazado y corte, control dimensional, soldadura) con fabricación convencional.

Desvíos se mantienen al mínimo con base de datos CAD 3D única y controles parciales de diferente índole.

Fabricación y Ensayos en Taller .

Los componentes son único, que deben funcionar correctamente desde su puesta en marcha, lo que obliga a montajes parciales y pruebas operativas adicionales en taller.

Comentarios Finales .

• Diseño de componentes de turbina es un proceso altamente especializado y una tarea de un grupo de trabajo interdisciplinario.

• El conocimiento y la tecnología son bases fundamentales para dar valor agregado a un producto.

• La integración de las diferentes etapas de diseño minimiza errores, y reduce costos y tiempo.

• Las nuevas tecnologías de diseño y cálculo son herramientas necesarias para el equipo de ingenieros.

• Prácticas diseño de componentes, muchas de las cuales responden al estado del arte hoy en día.

• Numerosos puntos en común con otros tipos de industrias. Posibilidad de ser expandido y/o adaptado.

PROCESO DE DISEÑO DE COMPONENTES MECÁNICOS DE TURBINAS HIDRÁULICA

Juan Borrajo Martín Chimenti Darío Guardati juan.borrajo@impsa.com martin.chimenti@impsa.com dario.guardati@impsa.com

IMPSA HYDRO – Mendoza, ARGENTINA

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